用副產(chǎn)蒸汽加熱一次鹽水工藝技術(shù)

褚飛飛 ，陳祥輝，朱文凱

(山東魯泰化學(xué)有限公司，山東 濟寧 272300)

山東魯泰化學(xué)有限公司(以下簡稱“山東魯泰化學(xué)”)36萬t/a燒堿裝置聯(lián)產(chǎn)的氫氣、氯氣，除很少一部分銷售外，剩下的用于合成氯化氫。合成后的純度≥92%(質(zhì)量分數(shù))的氯化氫用于生產(chǎn)PVC。氯氣與氫氣反應(yīng)副產(chǎn)0.4～0.5 MPa的飽和蒸汽，主要用于PVC二期干燥床、一期溴化鋰(單臺)和用作生活蒸汽等。而PVC一期干燥對蒸汽壓力要求較高，該副產(chǎn)蒸汽不能滿足工藝要求，造成副產(chǎn)蒸汽消耗量與產(chǎn)量不匹配，存在蒸汽放空，造成浪費。增加一次鹽水加熱裝置，改造后，可節(jié)約蒸汽2萬t/a，節(jié)約資金300萬元，而且改動幅度小，占地面積少。目前，此改造項目已獲得實用新型專利。

1 技術(shù)改造基礎(chǔ)

氯堿企業(yè)采用電解食鹽水的方法制備燒堿，副產(chǎn)氯氣和氫氣，反應(yīng)方程式為：

氯氣和氫氣產(chǎn)出摩爾比為1∶1，產(chǎn)出的氯氣和氫氣經(jīng)合成爐合成氯化氫,用于生產(chǎn)PVC。

生成的副產(chǎn)蒸汽除用于PVC二期干燥床、一期溴化鋰(單臺)和用作生活蒸汽等，剩余的放空，造成資源浪費。經(jīng)過大量的市場調(diào)研，放空的蒸汽可用于一次鹽水加熱，降低一次精制鹽水罐后換熱器的蒸汽消耗。

2 蒸汽物料衡算

目前，山東魯泰化學(xué)共生產(chǎn)PVC 700 t/d，其中二期生產(chǎn)550 t/d。以1 t氯化氫副產(chǎn)0.7 t蒸汽、1 t PVC消耗0.65 t氯化氫、生產(chǎn)1 t PVC蒸汽消耗量0.4 t為依據(jù)進行計算：

(1)一期PVC副產(chǎn)蒸汽總量：

700×0.65×0.7÷24=13.27(t/h)。

(2)二期PVC干燥消耗蒸汽量：

550×0.4÷24=9.17(t/h)。

(3)一期溴化鋰消耗量：1.50 t/h。

(4)副產(chǎn)蒸汽富余量：

13.27-9.17-1.50=2.60(t/h)=

2.6×103kg/h。

蒸汽物料衡算計算公式[1]如下：

Q=c·m·Δt，

(1)

式中：c為比熱容，kJ/(kg·℃)；m為單位時間流經(jīng)換熱器鹽水的質(zhì)量流量，kg/h；Δt為流經(jīng)換熱器鹽水的溫度變化，℃；Q為單位時間流經(jīng)換熱器的蒸汽熱量，kJ/h。

以一次鹽水流量400 m3/h、副產(chǎn)蒸汽壓力0.42 MPa計，經(jīng)查飽和蒸汽的焓值表，0.42 MPa飽和蒸汽的焓值為2 740 kJ/kg，質(zhì)量濃度為300 g/L(50 ℃)鹽水的比熱容c為3.31 kJ/(kg·℃)。

則：

Q=2.60×103×2 740=7.12×106(kJ/h)，

m=400×1 188=4.75×105(kg/h)。

根據(jù)式(1)可計算鹽水溫度變化：

Δt=Q/(c·m)=

7.12×106÷(3.31×4.75×105)=4.53(℃)。

如果一期溴化鋰停運，蒸汽富余量為4.10 t/h，同理計算可得：

Δt=7.15 ℃。

經(jīng)計算可知，無論一期溴化鋰是否運行，該富余蒸汽均足夠用于一次鹽水加熱。

3 技術(shù)方案及設(shè)備選型

總體方案是鹽酸副產(chǎn)蒸汽管道輸送至一次精制鹽水罐前，增加鹽水換熱器1臺，自動調(diào)節(jié)閥1個及壓力變送器1臺。改造后的工藝流程如圖1所示：從鹽水工段輸送過來的鹽水，先經(jīng)換熱器加熱，加熱后的鹽水進入一次精制鹽水罐,若加熱后的溫度不能滿足工藝要求，則打開一次精制鹽水罐后的鹽水換熱器繼續(xù)進行加熱，直到滿足工藝要求。

圖1 技術(shù)改造后工藝流程圖

根據(jù)換熱器的穩(wěn)態(tài)換熱方程：

Q=K·S·ΔT，

(2)

式中：ΔT為換熱器界面兩邊的對數(shù)平均溫差，K；K為鈦傳熱系數(shù)，W/(m2·K)；S為換熱器的換熱面積，m2。

Q=K·S·ΔT=c·m·Δt。

則有換熱器選型公式：

c·m·Δt=K·S·ΔT。

(3)

根據(jù)式(3)可計算換熱器面積：

(4)

質(zhì)量濃度300 g/L (50 ℃)的鹽水：

c=3.31×103(J/kg·℃)；

m=400×1.188×103=4.75×105(kg/h)；

Δt=55-50=5(℃)；

K=15.24[W/(m2·K)]=

5.49×104[J/(m2·K·h)]；

299.94(K)。

則：S=3.31×103×4.75×105×5÷

(5.49×104×299.94)=477.72(m2)。

即得到換熱器的換熱面積為477.72 m2。

4 技術(shù)改造效益分析

該技術(shù)改造項目在投入使用后，截至目前，裝置運行良好。該項目主要是將鹽酸放空的副產(chǎn)蒸汽應(yīng)用于一次鹽水加熱，提高了蒸汽的利用率，降低了生產(chǎn)消耗，創(chuàng)造了經(jīng)濟效益。

按回收2.5 t/h副產(chǎn)蒸汽計算,一次精制鹽水罐后換熱器可減少使用蒸汽2.5 t/h，按1年8 000 h工作時間、蒸汽價格150元/t計，可節(jié)約費用：

2.5×8 000×150=300萬(元/a)。

5 結(jié)語

山東魯泰化學(xué)引進副產(chǎn)蒸汽一次鹽水加熱裝置，利用放空的蒸汽對一次鹽水進行加熱，實現(xiàn)副產(chǎn)蒸汽的零排放，可節(jié)約費用300萬元/a；并且，該項改造是在現(xiàn)有裝置的基礎(chǔ)上小幅度改動，投資少、占地面積小，可為其他氯堿企業(yè)借鑒。